JP5293397B2 - 回路基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数層の回路パターンを接続してなる回路基板の製造方法と製造の際に用いる回路基板の製造装置に関するものである。

近年、電子機器の小型化、高密度化に伴い、産業用にとどまらず民生用の分野においても回路基板が強く要望されるようになってきた。特に回路基板の高機能化が進み、より複数層の微細な回路パターンや内層接続手段を用いて接続されており、その接続信頼性は重要となっている。

以下に従来の両面および多層の回路基板の製造方法について説明する。

まず、多層の回路基板のベースともなる両面の回路基板の製造方法を説明する。

図４は従来の両面回路基板の製造方法の工程断面図である。

生産環境は一般に温度２３℃±２℃湿度５５％±１０％の温湿度に調整されている。

まず、図４（ａ）に示す５１は、ガラスクロスに熱硬化性のエポキシ樹脂を含浸させた基板材料であるプリプレグであり、縦、横、厚みのサイズが５００ｍｍ×５００ｍｍ×０．１ｍｍである。

また、５２は導電性ペースト充填時のマスクフィルムとなる厚さ約１９μｍのプラスチックフィルムであり、片面に熱硬化性樹脂層を有しその反対面にシリコンなどを塗布した離型層を有した構造のもので、その材質は例えばポリエチレンテレフタレート（以下ＰＥＴシートと称する）が用いられる。

次に図４（ｂ）に示すように、ＰＥＴシート５２でプリプレグ５１を狭持し、ラミネートなどの方法で加熱加圧することによりＰＥＴシート５２をプリプレグ５１の両面に張り付けることでラミネート済みプリプレグ５３を形成することができ、ロット単位で積み重ね保管している。ＰＥＴシート５２は、後に剥離する工程でプリプレグ５１より容易に剥がすことが出来る。

次に、ロット単位で積み重ね保管していた一番上のラミネート済みプリプレグ５３より順に、図４（ｃ）に示すようにラミネート済みプリプレグ５３の所定の箇所にレーザー加工にて貫通穴５４を形成する。

次に図４（ｄ）に示すように、印刷機（図示せず）を用いてスキージ５５で印刷マスクの役割を果たしているＰＥＴシート５２の表側から貫通穴５４に導電性ペースト５６を充填することにより導通穴５７を形成する。

次に図４（ｅ）に示すように、ラミネート済みプリプレグ５３の両面からＰＥＴシート５２を剥離することで導電性ペースト充填済みプリプレグ５８が形成される。

この剥離する工程により、ＰＥＴシート５２に形成された穴に充填されていた導電性ペーストがＰＥＴシート５２の厚みに相当する分だけ凸状の鋲の形態で残り、これにより、後述する加熱加圧する工程において、圧縮効果をもたらし導通穴の電気的接続の安定に寄与することになる。

次に図４（ｆ）に示すように、導電性ペースト充填済みプリプレグ５８の両面に銅はく等の金属箔５９を重ね熱プレスで加熱加圧することにより、金属箔５９がプリプレグ５８と接着し、図４（ｇ）に示す両面の銅張積層板６０が形成される。

両面の金属箔５９は所定位置に設けた導通穴５７内の導電性ペーストにより電気的に接続されている。そして、図４（ｈ）に示すように両面の金属箔５９を選択的にエッチングして回路パターン６１が形成されて両面回路基板６２が得られる。

次に、図５を用いて従来の多層回路基板の製造方法を説明する。

図５は、従来の多層の回路基板の製造方法を示す工程断面図であり、４層基板を例として示したものである。

まず図５（ａ）に示すように、前述の図４（ａ）〜（ｈ）によって製造された両面回路基板６２と図４（ａ）〜（ｅ）で製造された貫通穴５４に導電性ペースト５６を充填し導通穴５７を形成した上積層用の導電性ペースト充填済みプリプレグ５８ａと下積層用の導電性ペースト充填済みプリプレグ５８ｂが準備される。

次に、図５（ｂ）に示す工程は、積層ステージ（図示せず）上に金属箔５９を乗せ、その上にプリプレグ５８ｂを画像認識などで基準穴位置を認識位置決めした後に積層し、さらにその上に両面回路基板６２を同様に認識位置決めした後に積層し、さらにその上にプリプレグ５８ａを同様に認識位置決めした後に積層し、さらにその上に金属箔５９を積層するアライメント積層工程である。

次に図５（ｃ）に示すように、金属箔５９で挟持されたプリプレグ５８ａ、５８ｂ、両面回路基板６２を熱プレスで加熱加圧することで４層の銅張積層基板６３を得る。

上記の工程により、最外層の金属箔５９は導通穴内の導電性ペーストを介して内層用の両面回路基板６２の接続用の円形の回路パターン６１によって電気的に接続される。

次に図５（ｄ）に示すように、両面の金属箔５９を選択的にエッチングして回路パターン６１を形成することで４層回路基板６４が得られる。

ここでは４層の多層基板について説明したが、４層以上の多層基板、例えば６層基板については製造方法で得られた４層回路基板を両面回路基板の代わりに用いて、多層基板の製造方法｛図５（ａ）〜｝を繰り返せばよい。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献資料としては、例えば、特許文献１、２が知られている。

特開平９−２４６７１８号公報 特開２００１−２５７４６８号公報

上記の多層基板の製造方法の場合において、内層のパターンと積層するプリプレグとの導通穴の位置あわせが重要になり微細化が進むとそれぞれの寸法許容値が小さくなる。そのため従来の多層基板の製造方法ではラミネート済みプリプレグの寸法変化が小さくなるまでの放置工程を経てから、ラミネート済みプリプレグにレーザー加工を行い、さらに、導電性ペースト充填後にプラスチックシートをプリプレグより剥離することでも寸法変化が発生し寸法が安定化するまで長時間放置を行い、寸法精度を保持させているためリードタイムが長くなり生産効率が落ちるという問題点を有していた。

特に、前述の図４（ｂ）の工程におけるラミネート済みプリプレグ５３は、長時間かけて５００ｍｍあたり１５０〜１６０μｍ変化する。その変化はおおよそ１０時間程度で急激に変化しその後徐々に変化量が小さくなる（図６参照）。そのため、従来ではラミネート工程でプリプレグが受けた応力を緩和するためのラミネート済みプリプレグの放置工程を設けていた（図示せず）。

ところが、近年、ユーザーニーズに基づいて、基板材料となるプリプレグの薄化が進みプリプレグの厚みは、従来の２分の１の厚みが要求されるようになってきた。

従来のプリプレグでは前述の通り、１０時間ほど経過すると寸法が安定していたが、プリプレグの厚みが薄くなると、プリプレグは４８時間経過しても寸法の経時変化が飽和しないことがわかってきた（図６参照）。

本発明は、上記従来の問題点を解決するものであって、貫通穴を明けるレーザー工程においてラミネート工程での影響によるプリプレグ寸法変化が安定するのを加速させ、同様にプラスチックシート剥離の影響による経時寸法変化を加速させることで従来よりも短時間で貫通穴加工が行え、かつ、貫通穴の位置精度の高い製造方法とすることで導通穴を介する層間の接続の信頼性を高めかつ生産性を向上させることのできる回路基板の製造方法を提供することを目的とするものである。

この目的を達成するために本発明の回路基板の製造方法の構成は、プリプレグの表裏に離型性を有したプラスチックシートを張り付ける工程と、プラスチックシートを張り付けたプリプレグを放置する第１の放置工程と、プラスチックシートを張り付けたプリプレグの任意の位置にレーザー光を照射することにより貫通穴を形成する工程と、前記貫通穴に導電性ペーストを充填する工程と、前記プラスチックシートを前記プリプレグより剥離する工程と、前記プラスチックシートを剥離した前記プリプレグを放置する第２の放置工程と、前記プラスチックシートを剥離した導電性ペースト充填済みプリプレグを金属箔で挟持し熱プレスにて加熱加圧する工程と、金属箔をエッチングしてパターン形成する工程とを備え、前記第１の放置工程と前記第２の放置工程は、放置開始からの経過時間を計測する工程を含み、放置開始からの経過時間が特定時間までの放置環境と放置開始からの経過時間が特定時間以降の放置環境は異なる条件であることを特徴とする。

本発明は、上記構成を有する回路基板の製造方法により、プリプレグにＰＥＴシートを張り付けた後やプリプレグからＰＥＴシートを剥がした後の応力による寸法変化を加速させることで、寸法の安定期を前倒しさせることができるため高精度なレーザー位置精度の貫通穴の形成が短時間で可能となり、さらにＰＥＴシート剥離後短時間で形成した高精度な積層用プリプレグと内層パターンの積層が行えることとなるため、これにより、微細なパターンを有した多層基板において貫通穴と内層パターン合致性を向上させ内層接続の品質を安定させることができ、層間の接続信頼性が高い回路基板を高い生産性で提供することができるという効果を奏するものである。

本発明の実施の形態における回路基板の製造方法を示す工程断面図 本発明の実施の形態における多層の回路基板の製造方法を示す工程断面図 本発明での回路基板の製造方法を説明するための図 従来の回路基板の製造方法を示す工程断面図 従来の多層回路基板の製造方法を示す工程断面図 従来での回路基板の製造方法を説明するための図

（実施の形態）
以下に本発明の回路基板の製造方法および回路基板の製造用材料について説明する。

本実施の形態においては、両面および多層の回路基板について説明する。

図１は本発明の実施の形態における回路基板の製造方法を示す工程断面図である。

まず、図１（ａ）におけるプリプレグ１は、ガラスクロスに熱硬化性のエポキシ樹脂を含浸させた基板材料であり、縦、横、厚みのサイズが５００ｍｍ×５００ｍｍ×０．１ｍｍである。

また、プラスチックシート（以下ＰＥＴシートと称す）２は、マスクフィルムとなる厚さ約１９μｍのプラスチックフィルムである。

前記ＰＥＴシート２は、プラスチックフィルムの表層に融点を有しない熱硬化性樹脂からなる厚さ約１．２μｍの穴径制御層（図示せず）、その反対面であるプリプレグ１と接する面に、例えばシリコンなどを塗布した離型層を有した構造のものである。

なお、ＰＥＴシート２の基材としては、例えばポリエチレンテレフタレートが用いられるが、ＰＥＮやＰＰＳなどを用いても問題ない。

次に図１（ｂ）に示すように、ＰＥＴシート２でプリプレグ１を挟持し、ラミネートなどの方法で加熱加圧することによりＰＥＴシート２をプリプレグ１の両面に張り付けることでラミネート済みプリプレグ３を形成する。

その後、ラミネート済みプリプレグを放置する工程として、金属板もしくはプラスチックで出来た敷き板上にロット単位で積み重ね、温湿度２３℃６０％以上の環境に保管する（第１の放置工程）。

放置開始からの経過時間を計測し、第１の放置工程における放置時間（経過時間）が放置開始から特定時間としての７〜１０時間経過した後、前述の保管環境とは異なる２３℃５０％以下にすることで、その後の湿度影響による樹脂特性劣化が抑制され長時間保管可能となる。

ここで、図３（ａ）〜（ｄ）を用いてラミネート後およびＰＥＴ剥離後の寸法変化への湿度影響を説明する。

ラミネートされたプリプレグはＰＥＴシートの応力により圧縮されている。

この状態から、プリプレグの剛性により反力が発生し徐々に元の寸法に戻ろうとするがそれが寸法変化である。この時湿度が低いとプリプレグの寸法変化は緩やかになり長時間徐々に寸法変化し１００時間たっても寸法は変化し続けており安定しない（図３（ｃ））。

この最近基板の厚みが薄くなる傾向の中でプリプレグ自体が５０μｍを下回る様な超薄仕様になり基板寸法が安定しなくなっていた。

しかしながら、今回実験により筆者が得た知見によるとプリプレグの寸法変化は経時中の保管環境に左右されていることが分かり温湿度別で確認した結果、湿度を高くするとプリプレグの寸法変化は低湿度に比べ急激に変化することが判明した。

保管環境を２３℃６０％の温湿度にした場合（図３（ａ））、従来使用していた厚手のプリプレグと同等の１０時間程度で応力開放がほぼ完了し寸法が安定している。

同様にＰＥＴを剥離した後の寸法変化についても低湿度（図３（ｄ））では長時間経っても寸法変化は収束しないが、高湿度（図３（ｂ））の場合、短時間でほぼ寸法変化が飽和し安定している。

次に図１（ｃ）に示すようにレーザー光によりラミネート済みプリプレグ３の所定の箇所に貫通穴４を形成する。

次に図１（ｄ）に示すように、印刷機（図示せず）を用いてスキージ５でＰＥＴシート２の上から貫通穴４に導電性ペースト６を充填し、導通穴７を形成する。

この工程において、表側のＰＥＴシート２は印刷マスクの役割を果たしており、ＰＥＴシートに穿設された貫通穴４の穴径が回路基板の層間の接続信頼性や多層積層工程における合致性に寄与する。

次に図１（ｅ）に示すように、導電性ペースト印刷済みのラミネート済みプリプレグを敷き紙２１と平行にずらして剪断剥離する。

次に図１（ｆ）に示すように、プリプレグ１の両面からＰＥＴシート２を剥離すると導電性ペースト充填済みプリプレグ８が形成される。

その後、前記プラスチックシートを剥離した前記プリプレグを放置する工程として、前記導電性ペースト充填済みプリプレグ８の導電性ペーストが脱落や転写しない用に専用の保管治具に保管しＰＥＴシート剥離直後は温湿度２３℃６０％の環境に保管することで寸法変化を飽和させる（第２の放置工程）。

放置開始からの経過時間を計測し、第２の放置工程における放置時間（経過時間）が放置開始から特定時間としての７〜１０時間経過した後、直後の保管環境とは異なる２３℃５０％にすることでその後の湿度影響による樹脂特性劣化が抑制され長時間保管可能となる。

次に図１（ｇ）に示すように、プリプレグ８の両面に銅はく等の金属箔９を重ね熱プレスで加熱加圧することにより、図１（ｈ）に示す両面の銅張積層板１０が形成される。両面の金属箔９は所定位置に設けた導通穴７の導電性ペーストを介して電気的に接続されている。

そして、図１（ｉ）に示すように両面の金属箔９を選択的にエッチングして回路パターン１１を形成して両面回路基板１２を得る。

次に、図２を用いて本発明の多層の回路基板の製造方法を説明する。

図２は、本発明の多層の回路基板の製造方法を示す工程断面図あり、４層基板を例として示したものである。

まず図２（ａ）に示すように、前述の図１（ａ）〜（ｉ）によって製造された両面回路基板１２と図１（ａ）〜（ｆ）で製造された貫通穴４に導電性ペースト６を充填し導通穴７を形成した上積層用の導電性ペースト充填済みプリプレグ８ａと下積層用のペースト充填済みプリプレグ８ｂが準備される。

次に図２（ｂ）に示す工程は、積層ステージ（図示せず）上に金属箔９を乗せ、その上にプリプレグ８ｂを画像認識などで基準穴位置を認識位置決めした後に積層し、さらにその上に両面回路基板１２を同様に認識位置決めした後に積層し、さらにその上にプリプレグ８ａを同様に認識位置決めした後に積層し、さらにその上に金属箔９を積層するアライメント積層工程である。

次に図２（ｃ）に示すように、金属箔９で挟持されたプリプレグ８ａ、８ｂ、両面回路基板１２を熱プレスで加熱加圧することで４層の銅張積層板１３を得る。

上記の工程により、最外層の金属箔９は導通穴内の導電性ペーストを介して内層用の両面回路基板１２の接続用の円形の回路パターン１１によって電気的に接続される。

次に図２（ｄ）に示すように、両面の金属箔９を選択的にエッチングして回路パターン１１を形成することで４層の回路基板１４が得られる。

なお、本実施の形態においては４層の多層基板について説明したが、４層以上の多層基板、例えば６層基板については製造方法で得られた４層回路基板を両面回路基板の代わりに用いて、多層基板の製造方法｛図１（ａ）〜｝を繰り返せばよい。

本発明の回路基板の製造方法を用いて両面または多層の回路基板を製造することにおける利点は、実施の形態１における層間の接続信頼性が高い回路基板を提供することに加えて、回路基板の製造過程における生産性の向上を図ることができる。

つまり、従来はレーザー加工を行う前にラミネート工程でプリプレグが受けた応力を緩和するための放置工程やＰＥＴシートを剥離したプリプレグの応力を緩和する放置工程を短縮できるため余分な工数を削除することが出来かつ歩留まりを向上させることが可能となる。このことから、回路基板の生産効率を高めることができ、かつ本発明の技術を採用することは容易であり、本発明の技術を普及させることも容易に行うことができる。

以上述べたように、本発明の回路基板の製造方法を用いると、効率的に高位置精度を有した基板材料を供給することができビア接続信頼性が高く経済的な回路基板の製造方法を提供する事ができ、本発明の産業上の利用可能性は大であるといえる。

１、５１ プリプレグ
２、５２ ＰＥＴシート
３、５３ ラミネート済みプリプレグ
４、５４ 貫通穴
５、５５ スキージ
６、５６ 導電性ペースト
７、５７ 導通穴
８、８ａ、８ｂ、５８、５８ａ、５８ｂ 導電性ペースト充填済みプリプレグ
９、５９ 金属箔
１０、６０ 両面の銅張積層板
１１、６１ 回路パターン
１２、６２ 両面回路基板
１３、６３ 多層の銅張積層板
１４、６４ 多層の回路基板
２０、７０ 印刷ステージ
２１、７１ 敷き紙
２２ マーキング用レーザー装置
２３ レーザー光

Claims (7)

1. プリプレグの表裏に離型性を有したプラスチックシートを張り付ける工程と、
   プラスチックシートを張り付けたプリプレグを放置する第１の放置工程と、
   プラスチックシートを張り付けたプリプレグの任意の位置にレーザー光を照射することにより貫通穴を形成する工程と、
   前記貫通穴に導電性ペーストを充填する工程と、
   前記プラスチックシートを前記プリプレグより剥離する工程と、
   前記プラスチックシートを剥離した前記プリプレグを放置する第２の放置工程と、
   前記プラスチックシートを剥離した導電性ペースト充填済みプリプレグを金属箔で挟持し熱プレスにて加熱加圧する工程と、
   金属箔をエッチングしてパターン形成する工程とを備え、
   前記第１の放置工程と前記第２の放置工程は、放置開始からの経過時間を計測する工程を含み、放置開始からの経過時間が特定時間までの放置環境と放置開始からの経過時間が特定時間以降の放置環境は異なる条件であることを特徴とする回路基板の製造方法。
2. 放置環境の条件は温度および湿度で構成され、
   放置開始からの経過時間が特定時間までの放置環境における湿度は、放置開始からの経過時間が特定時間以降の放置環境における湿度よりも高く設定されることを特徴とする請求項１に記載の回路基板の製造方法。
3. 放置開始からの経過時間が特定時間までの放置環境は、温度２３℃±２℃、湿度６０％以上であり、
   放置開始からの経過時間が特定時間以降の放置環境は、温度２３℃±２℃、湿度５０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の回路基板の製造方法。
4. 特定時間は、７〜１０時間の範囲で設定されることを特徴とする請求項１に記載の回路基板の製造方法。
5. 請求項１に記載の回路基板の製造方法を用いて導電性ペースト充填済みプリプレグを複数枚数準備する工程と、
   金属箔と前記プリプレグもしくは金属箔と前記プリプレグと内層用基板もしくは前記プリプレグを介して両面または多層の基板どうしとを積層し加熱加圧する工程とを備えることを特徴とする回路基板の製造方法。
6. 金属箔と前記プリプレグもしくは金属箔と前記プリプレグと内層用基板を積層し加熱加圧する工程の後、前記金属箔に回路パターンを形成する工程を備えることを特徴とする請求項５に記載の回路基板の製造方法。
7. 内層用基板、両面の回路基板は、導電性ペースト充填済みプリプレグを金属箔で挟持し熱プレスにて加熱加圧し、前記金属箔をエッチングしてパターン形成され前記導電性ペーストにより表裏あるいは層間が電気的に接続されていることを特徴とする請求項５に記載の回路基板の製造方法。